Question

4．太阳能的开发利用在新能源研究中占据重要地位．单晶硅太阳能电池片在加工时，一般掺杂微量的铜、硼、镓、硒等．
请回答：
（1）基态Cu²⁺的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹；已知高温下Cu₂0比CuO更稳定，试从铜原子核外电子结构角度解释其原因亚铜离子价电子排布式为3d¹⁰，亚铜离子核外电子处于稳定的全充满状态．
（2）铜与类卤素（CN）₂、（SCN）₂反应生成Cu（CN）₂、Cu（SCN）₂．已经（CN）₂分子中各原子最外层均为8电子稳定结构，则1mol（CN）₂中含有π键的数目为4N_A．
类卤素（SCN）₂对应的酸有两种，理论上硫氰酸（H-S-C≡N）的沸点低于异硫氰酸（H-S-C=S）的沸点，其原因为异硫氰酸分子间可形成氢键，而硫氰酸不能．
（3）氮化硼（BN）晶体有多种结构．六方氮化硼是通常存在的稳定结构，与石墨相似，具有层状结构，可作髙温润滑剂；立方氮化硼是超硬材料，有优异的耐磨性．它们的晶体结构如图所示．

①关于两种晶体，下列说法正确的是bc．
a．立方氮化硼含有σ键和π键，所以硬度大
b．六方氮化硼层间作用力小，所以质地软
c．两种晶体中的B-N键均为共价键
d．两种晶体均为分子晶体
②立方氮化硼晶体中，硼原子的杂化轨道类型为sp³．
③立方氮化硼晶胞边长为acm，则其密度为$\frac{100}{{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³（用含a的代数式表示）．
④如图1是金刚石的晶胞图和投影图，图2是立方氮化硼晶胞的投影图，请在图2中圆球上涂“●”和画“X”分别标明B与N的相对位置．

Answer 1

分析 （1）Cu是29号元素，其原子核外有29个电子，Cu原子失去一个4s电子、一个3d电子生成二价铜离子，根据构造原理书写电子排布式；原子轨道中电子处于半满、全满、全空时最稳定，二价铜离子价电子排布式为3d⁹、亚铜离子价电子排布式为3d¹⁰，据此答题；
（2）铜与类卤素（SCN）₂反应生成Cu（SCN）₂，SCN分子中硫原子形成两个共用电子对、C原子形成四个共用电子对、N原子形成三个共用电子对；能形成分子间氢键的物质熔沸点较高，异硫氰酸分子间可形成氢键，而硫氰酸不能形成分子间氢键；
（3）①a．立方相氮化硼中N原子与B原子之间形成单键；
b．六方相氮化硼层间作用力为范德华力；
c．两种晶体中的B-N键均为共价键；
d．立方相氮化硼是超硬材料，有优异的耐磨性，属于原子晶体；
②立方相氮化硼晶体中，硼原子形成4个σ键、没有孤电子对；
③立方氮化硼中，晶胞边长为a pm=a×10^-10cm，晶胞体积V=（a×10^-10cm）³，该晶胞中N原子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4、B原子个数为4，根据$ρ=\frac{m}{V}$计算密度；
④如图是立方氮化硼晶胞沿z轴的投影图，每个N原子被4个B原子共用、每个B原子被4个N原子共用．

解答 解：（1）Cu是29号元素，其原子核外有29个电子，Cu原子失去一个4s电子、一个3d电子生成二价铜离子，根据构造原理书写二价铜离子的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹；原子轨道中电子处于半满、全满、全空时最稳定，二价铜离子价电子排布式为3d⁹、亚铜离子价电子排布式为3d¹⁰，亚铜离子核外电子处于稳定的全充满状态，所以较稳定，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹；亚铜离子价电子排布式为3d¹⁰，亚铜离子核外电子处于稳定的全充满状态；
（2）铜与类卤素（SCN）₂反应生成Cu（SCN）₂，SCN分子中硫原子形成两个共用电子对、C原子形成四个共用电子对、N原子形成三个共用电子对，（ SCN）₂结构式为N≡C-S-S-C≡N，每个分子中含有4个π键，则1mol（SCN）₂中含有π键的数目为4N_A；能形成分子间氢键的物质熔沸点较高，异硫氰酸分子间可形成氢键，而硫氰酸不能形成分子间氢键，所以异硫氰酸熔沸点高于硫氰酸，
故答案为：4N_A；异硫氰酸分子间可形成氢键，而硫氰酸不能；
（3）①a．立方相氮化硼中N原子与B原子之间形成单键，不含π键，属于原子晶体，所以硬度大，故a错误
b．六方相氮化硼层间作用力为范德华力，所以质地软，故b正确；
c．两种晶体中的B-N键均为共价键，故c正确；
d．立方相氮化硼是超硬材料，有优异的耐磨性，属于原子晶体，故d错误，
故选：bc；
②立方相氮化硼晶体中，硼原子形成4个σ键、没有孤电子对，杂化轨道数目为4，采取sp³杂化，故答案为：sp³；
③立方氮化硼中，晶胞边长为a cm，晶胞体积V=（acm）³，该晶胞中N原子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4、B原子个数为4，立方氮化硼的密度=$\frac{\frac{4M}{{N}_{A}}}{V}$=$\frac{4×25}{{N}_{A}×{a}^{3}}$g/cm³=$\frac{100}{{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³ ，
故答案为：$\frac{100}{{a}^{3}{N}_{A}}$；
④如图是立方氮化硼晶胞沿z轴的投影图，每个N原子被4个B原子共用、每个B原子被4个N原子共用，所以其图为，
故答案为：．

点评 本题考查物质结构和性质，为高频考点，侧重考查学生空间想象能力及计算能力，涉及晶胞计算、原子杂化方式判断、配位键及氢键、原子核外电子排布等知识点，注意采用三视图确定N原子和B原子位置关系，题目难度中等．